0.8A单输入单节锂离子电池充电器bq24040/1评估指南

一、引言

在如今的便携式设备领域，锂离子电池因其高能量密度等优点被广泛应用。而高效可靠的电池充电器对于设备的正常运行至关重要。TI公司的bq2404x系列设备就是高度集成的锂离子线性充电器，适用于空间受限的便携式应用。它既可以通过USB端口供电，也能使用AC适配器，只有一个充电输出口。系统负载可以与电池并联，但要注意在10小时安全定时器内，平均系统负载不能影响电池的完全充电。

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二、bq24040/1评估注意事项

2.1 器件差异

bq24040和bq24041存在一些差异。bq24041用Auto Start（I/O）（ASI/ASO）功能取代了Pre - Term引脚，过压保护阈值不同，且使用温度感应引脚（TS）而非BAT_EN引脚。

2.2 电流控制

ISET电流控制环路设置最大充电电流，而通过ISET2引脚选择USB模式，可进一步降低这个最大编程电流。例如，当ISET2引脚为逻辑高电平时，电流最大限制为500mA；当为浮空或高阻抗时，限制为100mA；低电平时则通过ISET电阻来设置充电电流。

2.3 系统负载影响

系统负载可以连接到OUT引脚，但会分走一部分充电电流。通常不建议在预充电阶段让系统负载工作，因为这可能影响电池恢复。不过，由于PRE_TERM引脚可以设置更高的预充电电流，所以在某些情况下这种限制并非必要。

三、性能规格总结

规格	测试条件	MIN	TYP	MAX	单位
输入直流电压Vin	推荐输入电压范围	4.45		6.45	V
性能降低时Vin (1)	过压输入不充电，欠压输入有限充电	3.5		28	V
功耗 (2)	P DISS = (V IN – V OUT ) × I OUT			1.5	W
I OUT	RISET = 1k		0.54	0.8	A

正常工作时，输入电压范围有明确规定。在UVLO和4.75V之间的输入电压，充电器功能受限，但不会损坏IC和电池；高于OVP且低于30Vdc的输入电压，充电器不工作，但也不会损坏IC。较低的输入电压（接近降压操作）能减少散热，可能带来更好的性能。当结温达到约125°C时，热调节会降低编程的充电电流。大家在实际设计中，是否会根据这些电压范围和热调节特性来优化电路呢？

四、测试总结

4.1 测试设备

• 电源：+5.1 ±0.1 V，电流限制设置为1.5 ±0.1 A
• 电池：4.2 V LiCoO2或等效电池
• 三个Fluke 75 DMM（或等效更好的万用表）
• 示波器：Model TDS220（或等效更好的示波器）

4.2 设备和EVM设置

插孔/组件	连接或调整到
J1–DC+	电源正极，预设为5 VDC，1 - A电流限制
J1–DC–	电源地
J2–BAT+	电池组正极端子
J2–BAT–	电池组负极端子
JMP1 (bq24040)	为Pre - TERM连接应用分流器
JMP2	为PG LED连接应用分流器
JMP3	为ISET2连接应用分流器
JMP4	为CHG LED连接应用分流器
JMP5	为TS (BAT_EN on bq24041)连接应用分流器
JMP6	无分流器
R2 (R ISET )	调整R2使TP2和GND之间为1k
R3 (R PRE - TERM )	调整R3使TP4和GND之间为2k
R11 ( R TS )	调整R11使TP9和GND之间为10k

4.3 单节锂离子电池测试程序

1. 确认设置正确，开启预设为5 VDC、1 A电流限制的电源。
2. 如果电池电压低于V(LOWV)阈值，bq24040/1进入预调节模式。在此模式下，以PRE - TERM电阻设置的低电流（通常为快速充电电流的10%）对电池进行预充电，直到电池电压达到V阈值或预充电定时器到期。若定时器到期，充电电流终止，进入故障模式，CHG LED熄灭。通过切换输入电源、切换TS (BAT_EN)或更换电池可重置故障模式。
3. 当电池电压高于V阈值时，进入快速充电恒流模式，此EVM编程的快速充电电流为0.54 A。
4. 从JMP3移除分流器，IC进入USB100模式（充电电流下降）；在ISET2和HI之间放置分流器，进入USB500模式（bq24040为500mA，bq24041为410mA）；将分流器放回ISET2 - GND，恢复编程电流。
5. 当电池达到电压调节阈值（4.2 V）时，电压控制环路接管，电流随着电池达到满容量而逐渐下降。
6. 电池保持快速充电模式，直到充电定时器到期或达到充电终止电流阈值。
7. 充电终止时，CHG LED熄灭。
8. 移除JMP5 (TS)，充电器开启，进入终止和定时器禁用模式（TTDM）。在此模式下，输入可向输出持续供电，电压调节为4.2V，最大电流由ISET电阻设置（在USB模式下可能会进一步限制）。只要系统不超过输入电流，系统可以在无电池的情况下运行。
9. 如果电池放电到再充电阈值，充电器开始快速充电，但后续充电时CHG LED不会亮起。通过循环输入电源、更换电池或将TS引脚拉低，可开始新的充电，此时CHG LED亮起。需要注意的是，电池两端的负载会影响充电终止，可通过调整PRE - TERM引脚来补偿系统电流，具体细节可参考数据手册。

4.4 替代测试方法

可以使用能够源和吸收电流的四象限电源代替电池组来评估充电器。它能实现预充电、恒流和恒压快速充电之间的转换。但要注意保持引线短，避免增加过多电感，以免电源和充电器之间产生相互作用。如果引线较长，可在输出端跨接一个大电容来抵消电感。在实际测试中，大家有没有尝试过这种替代测试方法呢？

五、原理图、物理布局和物料清单

5.1 原理图

文档中给出了bq24040/41 EVM板的原理图，原理图是我们理解电路工作原理的关键，大家在拿到原理图后，会重点关注哪些部分呢？

5.2 物理布局

包括组装层、顶层和底层的物理布局图，合理的物理布局对于电路的性能和稳定性至关重要。例如，布局不当可能会导致电磁干扰等问题。

5.3 物料清单

-001	-002	RefDes	Value	Description	SIZE	Part Number	MFR
1	1	C1	1 μ F	陶瓷电容，25V，X5R，10%	0603	ECJ - 1VB1E105K	Panasonic
0	0	C2		陶瓷电容，25V，X5R，10%	0805	–	–
1	1	C3	2.2 μ F	陶瓷电容，10V，X5R，10%	0603	ECJ - 1VB1A225K	Panasonic
0	0	C4		陶瓷电容，10V，X5R，10%	0805	–	–
0	0	C5		陶瓷电容，25V，X5R，10%	0603	–	–
2	2	D1, D2	LTST - C190GKT	绿色LED二极管，2.1 - V，20 - mA，6 - mcd	0603	LTST - C190GKT	Lite On
0	1	D3	BZX84C5v6 - 7 - F	齐纳二极管，5.6 - V，350 - mW	SOT - 23	BZX84C5v6 - 7 - F	Diodes
1	1	J1**	ED555/2DS	2引脚端子块，6 - A，3.5mm	0.27 x 0.25 inch	ED555/2DS	OST
1	1	J2**	ED555/4DS	4引脚端子块，6 - A，3.5mm	0.55 x 0.25 inch	ED555/4DS	OST
0	2	J3, J4	PEC02SAAN	2引脚公头，100mil间距	0.100 inch x 2	PEC02SAAN	Sullins
3	3	JMP2, JMP4, JMP5	PEC02SAAN	2引脚公头，100mil间距	0.100 inch x 2	PEC02SAAN	Sullins
0	0	JMP6	PEC02SAAN	2引脚公头，100mil间距	0.100 inch x 2	PEC02SAAN	Sullins
1	0	JMP1	PEC02SAAN	2引脚公头，100mil间距	0.100 inch x 2	PEC02SAAN	Sullins
1	1	JMP3	PEC03SAAN	3引脚公头，100mil间距	0.100 inch x 3	PEC03SAAN	Sullins
1	1	R1	675	贴片电阻，1/16W，1%	0603	Std	Std
1	1	R11	50k	电位器，1/4 in. Cermet，12 - Turn，顶部调节	0.25x0.17	3266W - 1 - 503LF	Bourns
0	0	R13, R14		贴片电阻，1/16W，1%	0603	Std	Std
1	1	R2	10k	电位器，1/4 in. Cermet，12 - Turn，顶部调节	0.25x0.17	3266W - 1 - 103LF	Bourns
1	0	R4	10k	电位器，1/4 in. Cermet，12 - Turn，顶部调节	0.25x0.17	3266W - 1 - 103LF	Bourns
2	2	R3, R12	1.0k	贴片电阻，1/16W，1%	0603	Std	Std
2	2	R5, R9	1.5k	贴片电阻，1/16W，1%	0603	Std	Std
0	2	R6, R10	100k	贴片电阻，1/16W，1%	0603	Std	Std
1	1	R7	10k	贴片电阻，1/16W，1%	0603	Std	Std
1	1	R8	0	贴片电阻，1/16W，1%	0603	Std	Std
1	0	U1	BQ24040DSQ	800mA单输入单节锂离子电池充电器，带/不带自动启动 (ASI/ASO)	SON - 10	BQ24040DSQ	TI
0	1	U1	BQ24041DSQ	800mA单输入单节锂离子电池充电器，带/不带自动启动 (ASI/ASO)	SON - 10	BQ24041DSQ	TI
5	5	Shunt (Note 5)		分流器，100 - mil，黑色	0.1	929950 - 00	3M
1	1	--		PCB，2.9 In x 1.8 In x 0.031 In		HPA387	Any

需要注意的是，这些组件有一些静电敏感，要采取ESD预防措施；组件必须清洁，无焊剂和污染物；要符合工艺标准IPC - A - 610 Class 2。标有星号（'**'）的参考设计器不能替换，其他组件可以用等效制造商的组件替换。

六、重要注意事项

6.1 评估板使用限制

该评估板仅用于工程开发、演示或评估目的，并非适合一般消费者使用的成品。使用者需具备电子培训并遵循良好的工程实践标准。评估板不符合欧盟关于电磁兼容性、限制物质（RoHS）、回收（WEEE）、FCC、CE或UL等指令，可能不满足这些指令的技术要求。

6.2 保修和责任

如果评估板不符合用户指南中的规格，可在交付日期起30天内退还以获得全额退款。卖方对买方的唯一保修即上述保修，替代所有其他明示、暗示或法定保修。用户需承担货物正确安全处理的所有责任和义务，并赔偿TI因货物处理或使用产生的所有索赔。除上述赔偿范围外，双方不对对方的间接、特殊、偶然或后果性损害负责。

6.3 操作警告

• 要在4.45V和6.45V的电源电压范围内操作EVM。超出指定输入范围可能导致意外操作和/或对EVM造成不可逆转的损坏。不确定输入范围时，连接输入电源前应联系TI现场代表。
• 连接超出指定输出范围的负载可能导致意外操作和/或对EVM造成永久性损坏。连接负载前应查阅EVM用户指南，不确定负载规格时应联系TI现场代表。
• 正常运行时，一些电路组件的外壳温度可能超过60°C。只要保持输入和输出范围，EVM设计可使某些组件在高于60°C的情况下正常工作。操作时在这些设备附近放置测量探头要注意其可能很烫。

总之，bq24040/1是一款性能出色的锂离子电池充电器，在使用评估板进行测试和开发时，我们要严格遵循相关的注意事项和操作流程，这样才能确保测试的准确性和设备的稳定性。大家在实际使用这类充电器时，有没有遇到过什么问题呢？欢迎在评论区分享交流。